一种基于轻气炮加载的多物理量测量系统及实验方法技术方案

一种基于轻气炮加载的多物理量测量系统及实验方法，本发明专利技术属于力学实验和数字测量技术领域。两点高频激光测速仪设置在轻气炮和可测冲击力滑杆式夹具之间，可调补偿光源架设在可测冲击力滑杆式夹具附近，高应变率应变片粘贴在靶板的预设关键点处，高应变率应变片与动态应变仪电连接，瞬态冲击力传感器安装在靶仓内，瞬态冲击力传感器通过信号线与高速数据采集器连接，高速数据采集器通过数据线与集成信号处理器连接，激光对焦器安装在靶仓背离轻气炮的一侧，高频激光位移计安装在靶仓背离轻气炮的一侧，彩色烟雾发生器通过输烟管道与靶仓连通，靶仓背离轻气炮的一侧以及左侧或右侧分别安装有高速摄像机。本发明专利技术用于多物理量测量。量。量。

【技术实现步骤摘要】
一种基于轻气炮加载的多物理量测量系统及实验方法


[0001]本专利技术属于力学实验和数字测量
，涉及一种多物理量测量系统及实验方法，尤其涉及一种基于轻气炮加载的轻量级弹头冲击加载过程中的多物理量测量系统及实验方法。

技术介绍

[0002]在实验室实验和工程实际应用中，经常存在靶弹冲击靶板的冲击加载工况，此类冲击工况本质上是一个复杂的冲击动力学问题。对于冲击动力学问题，理论和实际中都会关注靶弹冲击速度、靶弹剩余速度、瞬态冲击力、靶板关键点应变、靶板最大弹性变形、靶板最大塑性变形、靶板整体位移场、靶板整体应变场、靶弹冲击轨迹等物理量，但是目前缺乏切实可行的技术方案来实现对冲击载荷加载过程中的多物理量的测量。
[0003]2017年，何凯等人公布了一种瞬态冲击力冲击过程的动态测量系统及其实现方法(专利申请号：201711157737.4)，可以适用于冲击过程中瞬态冲击力的动态测量。但是此技术方案主要关注冲击力的测量，较为局限，没有同时考虑靶弹冲击速度、靶弹剩余速度、靶板应变、靶板最大弹性变形、靶板最大塑性变形、靶板整体位移场、靶板整体应变场、靶弹冲击轨迹等物理量。因此，提供一种切实可行、实验效率高且测量精确的冲击载荷下多物理量测量的技术方案，对于基于轻气炮加载的轻量级靶弹冲击具有重要意义。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于为了克服上述对于基于轻气炮加载的轻量级靶弹冲击实验测量的不足，本专利技术提出一种基于轻气炮加载的轻量级弹头冲击加载过程中的多物理量测量系统及实验方法，该系统高效、耐用、准确，且能够实现多物理量同时测量的特点。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案如下：
[0006]一种基于轻气炮加载的多物理量测量系统，包括两点高频激光测速仪、可调补偿光源、动态应变仪、瞬态冲击力传感器、激光对焦器、高频激光位移计、可测冲击力滑杆式夹具、彩色烟雾发生器及至少两台高速摄像机；
[0007]轻气炮内装有弹托
‑
靶弹组合体，所述两点高频激光测速仪设置在轻气炮和可测冲击力滑杆式夹具之间，所述轻气炮的轴线与可测冲击力滑杆式夹具的入射孔的轴线重合并与靶板的预设冲击点相交，所述可调补偿光源架设在可测冲击力滑杆式夹具附近，高应变率应变片粘贴在所述靶板的预设关键点处，高应变率应变片与动态应变仪电连接，所述瞬态冲击力传感器安装在可测冲击力滑杆式夹具的靶仓内，瞬态冲击力传感器通过信号线与设置在靶仓外的高速数据采集器连接，所述高速数据采集器通过数据线与集成信号处理器连接，所述激光对焦器安装在可测冲击力滑杆式夹具的靶仓背离轻气炮的一侧，所述高频激光位移计安装在可测冲击力滑杆式夹具的靶仓背离轻气炮的一侧，并对准靶板上预设关键点位置，所述彩色烟雾发生器通过输烟管道与可测冲击力滑杆式夹具的靶仓连通，所述可测冲击力滑杆式夹具的靶仓背离轻气炮的一侧以及左侧或右侧分别安装有高速摄像
机。
[0008]一种基于轻气炮加载的多物理量测量系统的实验方法，所述方法包括以下步骤：
[0009]步骤一、根据所需冲击速度选定所需型号的轻气炮，根据所选靶弹外形定制弹托，将靶弹、弹托安放于轻气炮中；
[0010]步骤二、安装调试好可测冲击力滑杆式夹具，根据所选靶板的形状和边界条件选择所需的靶板夹具一及靶板夹具二并安装；
[0011]步骤三、将可测冲击力滑杆式夹具的背离轻气炮的一侧的防护板卸载，先借助水平仪，将入射孔和靶板预设冲击点校准，然后卸载靶板，将入射孔和轻气炮炮管轴线校准，最后重新安装上靶板和可测冲击力滑杆式夹具的背离轻气炮一侧的防护板；
[0012]步骤四、将两点高频激光测速仪设置在轻气炮和可测冲击力滑杆式夹具之间，将瞬态冲击力传感器安装在可测冲击力滑杆式夹具的靶仓内，瞬态冲击力传感器通过信号线与设置在靶仓外的高速数据采集器连接，所述高速数据采集器通过数据线与集成信号处理器连接，将高频激光位移计安装在可测冲击力滑杆式夹具的背离轻气炮的一侧，并对准靶板上的预设关键点位置，将高频激光位移计安装在可测冲击力滑杆式夹具的背离轻气炮的一侧，并对准靶板上预设关键点位置，粘贴所需数量的高应变率应变片到靶板的预设关键点位置，并将高应变率应变片与动态应变仪电连接；
[0013]步骤五、将可调补偿光源架设在可测冲击力滑杆式夹具附近，彩色烟雾发生器通过输烟管道与可测冲击力滑杆式夹具的靶仓连通；
[0014]步骤六、在可测冲击力滑杆式夹具背离轻气炮的一侧安装两台高速摄像机，并对这两台联动的高速摄像机完成标定；在可测冲击力滑杆式夹具的左侧或右侧安装一台高速摄像机；
[0015]步骤七、启动实验，即对轻气炮充气，充气达到额定气压后，按下同步触发开关，靶弹飞出，击中靶板。
[0016]本专利技术相对于现有技术的有益效果是：
[0017](1)试验范围广阔，可适用于各类靶弹从不同角度冲击不同靶板的冲击实验；
[0018](2)在实验过程中靶弹冲击速度、靶弹剩余速度、靶板应变、瞬态冲击力、靶板最大弹性变形、靶板最大塑性变形、靶板整体位移场、靶板整体应变场、靶弹冲击轨迹等物理量可以同时测量；
[0019](3)高速摄像机运用数字散斑技术测量的应变可以与动态应变仪测量的预设关键点应变互相对比验证校准；高速摄像机测量的入射速度可以与两点高频激光测速仪测量的入射速度互相对比验证校准；高速摄像机运用数字散斑技术测量的位移场可以与高频激光位移计测量的关键点的位移互相对比验证校准。极大程度地保证了所测物理量的精准可信。
附图说明
[0020]图1是本专利技术的一种基于轻气炮加载的多物理量测量系统的俯视图；
[0021]图2是可测冲击力滑杆式夹具的结构示意图；
[0022]图3是上连接滑块的俯视图；
[0023]图4是图1的A处局部放大图。
[0024]上述附图中涉及的部件名称及标号如下：
[0025]轻气炮1、弹托
‑
靶弹组合体2、两点高频激光测速仪3、可调补偿光源4、动态应变仪5、瞬态冲击力传感器6、激光对焦器7、高频激光位移计8、可测冲击力滑杆式夹具9、入射板9
‑
1、分离法兰9
‑
2、入射孔9
‑2‑
1、滑槽顶板9
‑
3、滑槽一9
‑3‑
1、通槽一9
‑3‑
2、下连接滑块9
‑
4、靶舱承力架9
‑
5、滑槽底板9
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6、滑槽二9
‑6‑
1、防护板9
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7、带槽滑杆9
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8、立槽9
‑8‑
1、凸耳9
‑8‑
2、传感器顶块9
‑
9、凹槽9
‑9‑
1、冲击力传感器9
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10、上连接滑块9
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11、上长槽9
‑
11
‑
1、下长槽9
‑
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于轻气炮加载的多物理量测量系统，其特征在于：包括两点高频激光测速仪(3)、可调补偿光源(4)、动态应变仪(5)、瞬态冲击力传感器(6)、激光对焦器(7)、高频激光位移计(8)、可测冲击力滑杆式夹具(9)、彩色烟雾发生器(10)及至少两台高速摄像机(11)；轻气炮(1)内装有弹托
‑
靶弹组合体(2)，所述两点高频激光测速仪(3)设置在轻气炮(1)和可测冲击力滑杆式夹具(9)之间，所述轻气炮(1)的轴线与可测冲击力滑杆式夹具(9)的入射孔(9
‑2‑
1)的轴线重合并与靶板(9
‑
12)的预设冲击点相交，所述可调补偿光源(4)架设在可测冲击力滑杆式夹具(9)附近，高应变率应变片粘贴在所述靶板(9
‑
12)的预设关键点处，高应变率应变片与动态应变仪(5)电连接，所述瞬态冲击力传感器(6)安装在可测冲击力滑杆式夹具(9)的靶仓内，瞬态冲击力传感器(6)通过信号线与设置在靶仓外的高速数据采集器连接，所述高速数据采集器通过数据线与集成信号处理器连接，所述激光对焦器(7)安装在可测冲击力滑杆式夹具(9)的靶仓背离轻气炮(1)的一侧，所述高频激光位移计(8)安装在可测冲击力滑杆式夹具(9)的靶仓背离轻气炮(1)的一侧，并对准靶板(9
‑
12)上预设关键点位置，所述彩色烟雾发生器(10)通过输烟管道与可测冲击力滑杆式夹具(9)的靶仓连通，所述可测冲击力滑杆式夹具(9)的靶仓背离轻气炮(1)的一侧以及左侧或右侧分别安装有高速摄像机(11)。2.根据权利要求1所述的一种基于轻气炮加载的多物理量测量系统，其特征在于：所述可调补偿光源(4)的数量为四个，四个可调补偿光源(4)架设在可测冲击力滑杆式夹具(9)的靶仓四角处。3.根据权利要求1所述的一种基于轻气炮加载的多物理量测量系统，其特征在于：所述可测冲击力滑杆式夹具(9)包括入射板(9
‑
1)、分离法兰(9
‑
2)、滑槽顶板(9
‑
3)、至少一个下连接滑块(9
‑
4)、靶舱承力架(9
‑
5)、滑槽底板(9
‑
6)、三个防护板(9
‑
7)、至少一个带槽滑杆(9
‑
8)、至少一个传感器顶块(9
‑
9)、至少两个冲击力传感器(9
‑
10)、至少一个上连接滑块(9
‑
11)、靶板夹具一(9
‑
13)及靶板夹具二(9
‑
14)；所述入射板(9
‑
1)固定在靶舱承力架(9
‑
5)的一侧，所述滑槽底板(9
‑
6)与靶舱承力架(9
‑
5)的底部固定连接，所述滑槽顶板(9
‑
3)固定在靶舱承力架(9
‑
5)的上端，靶舱承力架(9
‑
5)的其余三侧均通过防护板(9
‑
7)封闭，所述防护板(9
‑
7)采用透明材质制成，入射板(9
‑
1)的中部设有中心圆孔，所述分离法兰(9
‑
2)固定在入射板(9
‑
1)的中心圆孔处，分离法兰(9
‑
2)中部设有便于靶弹通过的入射孔(9
‑2‑
1)；滑槽顶板(9
‑
3)的滑槽一(9
‑3‑
1)开设方向与入射孔(9
‑2‑
1)的轴线方向相同，滑槽顶板(9
‑
3)的滑槽一(9
‑3‑
1)的侧壁沿长度方向设有通槽一(9
‑3‑
2)，滑槽顶板(9
‑
3)的板面上与所述滑槽一(9
‑3‑
1)相对应位置设有通槽二；滑槽底板(9
‑
6)的滑槽二(9
‑6‑
1)与滑槽顶板(9
‑
3)的滑槽一(9
‑3‑
1)相对应；所述带槽滑杆(9
‑
8)下端穿过滑槽顶板(9
‑
3)的滑槽一(9
‑3‑
1)和通槽二设置在由靶舱承力架(9
‑
5)、滑槽顶板(9
‑
3)、滑槽底板(9
‑
6)、入射板(9
‑
1)及三个防护板(9
‑
7)围成的靶仓内，带槽滑杆(9
‑
8)的下端固定有下连接滑块(9
‑
4)，所述下连接滑块(9
‑
4)滑动设置在滑槽底板(9
‑
6)的滑槽二(9
‑6‑
1)内；所述上连接滑块(9
‑
11)滑动设置在滑槽顶板(9
‑
3)的滑槽一(9
‑3‑
1)内，上连接滑块(9
‑
11)的中间滑块(9
‑
11
‑
3)穿入带槽滑杆(9
‑
8)的立槽(9
‑8‑
1)内，上连接滑块(9
‑
11)上沿水平方向设有上长槽(9
‑
11
‑
1)和下长槽(9
‑
11
‑
2)，带槽滑杆(9
‑
8)分别与上连接滑块(9
‑
11)的上长槽(9
‑
11
‑
1)和下长槽(9
‑
11
‑
2)可拆卸连接；滑槽顶板(9
‑
3)的滑槽一(9
‑3‑
1)内的前端固定有传感器顶块(9
‑
9)，所述传感器顶块(9
‑
9)内设置有冲击力传感器
(9
‑
10)；滑槽底板(9
‑
6)的滑槽二(9
‑6‑
1)与下连接滑块(9
‑
4)之间安放冲击力传感器(9
‑
10)；所述靶板夹具一(9
‑
13)与带槽滑杆(9
‑
8)的前侧面可拆卸连接，所述靶板夹具二(9
‑
14)与靶板夹具一(9
‑
13)之间设置有靶板(9
‑
12)，靶板夹具二(9
‑
14)与靶板夹具一(9
‑
13)紧固连接将所述靶板(9
‑
12)夹紧固定住，靶板(9
‑
12)的预设冲击点与分离法兰(9
‑
2)的入射孔(9
‑2‑
1)相对应设置。4.根据权利要求3所述的一种基于轻气炮加载的多物理量测量系统，其特征在于：所述靶舱承力架(9
‑
5)为长方体框架，所述长方体框架的每根梁均由方钢制成；长方体框架的长高比为5.根据权利要求3所述的一种基于轻气炮加载的多物理量测量系统，其特征在于：所述分离法兰(9
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2)外形为一个两段阶梯轴，分离法兰(9
‑
2)的小直径端固定设置在入射板(9
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：果立成，孙世伟，于尚洋，郝留磊，孙新杨，赵九州，李志兴，王晓宇，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：